德州农工大学的研究人员发现了一种方法，通过为疲惫或受损细胞提供新鲜线粒体——这些微小结构为细胞生命提供动力——来恢复其活力。
该团队使用特殊的“纳米花”增强干细胞，能够产生额外的线粒体并直接输送到挣扎中的细胞，从而恢复其能量和弹性。
恢复能量：通过供应新鲜线粒体
德州农工大学生物医学工程系的研究人员报告称，他们可能已找到一种方法来减缓甚至逆转细胞能量生产损失——这一发现可能影响医学的多个领域。
生物医学工程系的阿基莱什·K·加哈尔瓦尔博士和博士生约翰·苏卡尔与同事们合作，开发出一种将新线粒体递送到受损细胞的技术。该方法使能量输出恢复到早期水平，并显著改善细胞整体健康。
线粒体功能衰退与衰老、心脏病及多种神经退行性疾病相关。一种能增强人体自然替换磨损线粒体能力的方法，有望对抗所有这些病症。
衰退线粒体如何损害细胞
随着年龄增长或细胞因阿尔茨海默病等疾病或化疗药物等毒性暴露而受损，细胞逐渐失去能量生成能力。这种衰退与线粒体减少有关——线粒体是细胞内产生大部分能量的小型结构。无论在大脑、心脏还是肌肉中，线粒体减少都会导致细胞功能衰竭，无法执行其基本任务。
纳米花将干细胞转化为强力供体
发表在《美国国家科学院院刊》上的这项研究，使用了显微级花状粒子——即“纳米花”——与干细胞结合。当干细胞暴露于这些纳米花时，其线粒体产量比正常情况下增加约一倍。一旦这些增强型干细胞被置于受损或衰老细胞附近，它们会将多余线粒体转移给邻近的挣扎细胞。
接收细胞在获得新线粒体后，恢复了能量生产和正常功能。它们还增强了对细胞死亡的抵抗力，即使后续暴露于化疗药物等有害物质。
“我们训练健康细胞将其备用‘电池’分享给较弱的细胞，”生物医学工程教授加哈尔瓦尔表示。“通过增加供体细胞内的线粒体数量，我们能帮助衰老或受损细胞重获活力——无需任何基因改造或药物。”
线粒体转移效率提升数倍
细胞自然交换少量线粒体，但经纳米花处理的干细胞（称为线粒体生物工厂）输送的线粒体数量是未经处理细胞的两到四倍。
“效率提升数倍超出了我们的预期，”论文第一作者苏卡尔说。“这就像给旧电子产品换新电池包。我们不是丢弃它们，而是将健康细胞充满电的‘电池’插入患病细胞。”
更持久的细胞疗法
其他增加细胞内线粒体的方法存在局限性。基于药物的方法依赖小分子，但这些分子会被细胞快速清除，需要频繁给药。纳米花是较大的纳米粒子（直径约100纳米），在细胞内存留时间更长，能持续促进线粒体生成。这表明基于该技术的治疗可能只需每月给药一次。
“这是利用生物自身机制为衰老组织充电的早期但令人兴奋的一步，”加哈尔瓦尔表示。“如果我们能安全地增强这种自然能量共享系统，它有朝一日可能帮助减缓甚至逆转细胞衰老的某些影响。”
纳米花的组成
纳米花由二硫化钼构成，这是一种无机材料，可在极小尺度上形成多种二维结构。包括加哈尔瓦尔实验室在内的少数研究团队正在探索二硫化钼在生物医学中的应用。
扩展干细胞治疗能力
干细胞长期以来一直是组织修复和再生研究的核心。用纳米花增强干细胞可显著提高其有效性，并为治疗多种疾病开辟新可能。
适用于全身的潜力
该方法的主要优势在于其灵活性。尽管仍处于早期开发阶段，但它最终可能应用于多种功能丧失的组织。
“你可以将细胞植入患者体内的任何位置，”苏卡尔说。“因此对于心肌病，你可以直接治疗心肌细胞——将干细胞直接注入或靠近心脏。对于肌肉萎缩症，你可以将它们直接注射到肌肉中。在广泛适用性方面前景广阔，这仅仅是开始。我们可以永远研究下去，每天发现新事物和新疾病疗法。”
参考文献：“纳米材料诱导的线粒体生物发生增强细胞间线粒体转移效率”，作者约翰·苏卡尔、坎瓦尔·阿巴伊·辛格、阿里·阿维莱斯、萨拉·哈格特、哈尔曼·考尔、萨曼莎·福斯特、肖纳克·罗伊、赵峰、维沙尔·M·戈希尔、伊尔提莎·辛格和阿基莱什·K·加哈尔瓦尔，2025年10月24日，《美国国家科学院院刊》。DOI: 10.1073/pnas.2505237122
该研究获得了美国国立卫生研究院、韦尔奇基金会、国防部以及德克萨斯州癌症预防与研究所的资助。额外支持来自德州农工大学校长卓越基金和德州农工健康科学中心幼苗基金。本研究的其他关键合作者包括该校研究人员伊尔提莎·辛格博士、维沙尔·戈希尔博士和赵峰博士。
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